6.4. Малосигнальные параметры

Для МДП‑транзистора характерны следующие малосигнальные параметры: крутизна характеристики S, внутреннее сопротивлениеR_i, коэффициент усиления. Крутизна переходной характеристикиSопределяется как

(6.19)

и характеризуется изменением тока стока при единичном увеличении напряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке.

Внутреннее сопротивление R_iопределяется как

(6.20)

и характеризует изменение напряжения в выходной цепи, необходимое для единичного увеличения тока стока при неизменном напряжении на затворе.

Коэффициент усиления μопределяется как

(6.21)

и характеризуется изменением напряжения в выходной цепи при единичном изменении напряжения во входной и неизменном токе стока. Очевидно, что в области плавного канала крутизна Sи дифференциальное сопротивлениеR_iбудут иметь значения:

. (6.22)

При этом коэффициент усиления μ, равный их произведению, всегда меньше единицы:

.

Таким образом, необходимо отметить, что полевой МДП‑транзистор как усилитель не может быть использован в области плавного канала.

Сравним дифференциальное сопротивление R_iи омическое сопротивлениеR₀, равноев области плавного канала. ВеличинаR₀равна:.

Отметим, что дифференциальное сопротивление транзистора в области R_i совпадает с сопротивлениемR₀ канала МДП‑транзистора по постоянному току. Поэтому МДП‑транзистор в области плавного канала можно использовать как линейный резистор с сопротивлениемR₀. При этом величина сопротивления невелика, составляет сотни Ом и легко регулируется напряжением.

Рассмотрим напряжения для малосигнальных параметров в области отсечки. Из (6.12) и (6.19) следует, что крутизна МДП‑транзистора

. (6.23)

Из (6.23) следует, что крутизна характеристики определяется выбором рабочей точки и конструктивно-технологическими параметрами транзистора.

Величина вполучила название “удельная крутизна” и не зависит от выбора рабочей точки. Для увеличения крутизны характеристики необходимо: уменьшать длину каналаLи увеличивать его ширинуW; уменьшать толщину подзатворного диэлектрикаd_oxили использовать диэлектрики с высоким значением диэлектрической проницаемостиε_ox;использовать для подложки полупроводники с высокой подвижностьюμ_nсвободных носителей заряда; увеличивать напряжение на затвореV_DSтранзистора.

Динамическое сопротивление R_iв области отсечки, как следует из (6.12) и (6.20), стремится к бесконечности:R_i → ∞, поскольку ток стока от напряжения на стоке не зависит. Однако эффект модуляции длины канала, как было показано, обуславливает зависимость тока стока I_DSот напряжения на стокеV_DSв виде (6.16). С учетом модуляции длины канала величина дифференциального сопротивленияR_iбудет равна:

.

Коэффициент усиления μв области отсечки больше единицы, его величина равна:

. (6.24)

Для типичных параметров МОП‑транзисторов

Получаем омическое сопротивление в области плавного канала R_i = R₀ = 125 Ом. Величины дифференциального сопротивленияR_i и усиленияμв области отсечки будут соответственно равны:R_i = 5 кОм,μ = 40.

Аналогично величине крутизны характеристики по затвору Sможно ввести величину крутизны переходной характеристикиS’по подложке, поскольку напряжение канал-подложка также влияет на ток стока.

. (6.25)

Подставляя (6.12) в (6.25), получаем:

. (6.26)

Соотношение (6.26) с учетом (6.8) и (6.17) позволяет получить в явном виде выражение для крутизны передаточных характеристик МДП‑транзистора по подложке . Однако поскольку в реальных случаях, крутизна по подложкениже крутизны по затворуS.